Question

5．質(zhì)量2kg的物體在豎直平面內(nèi)、半徑為1m的$\frac{1}{4}$圓軌道的最高點(diǎn)A由靜止開(kāi)始下滑，進(jìn)入水平軌道BC，BC=2m，然后滑上同樣的圓弧軌道CD．已知圓弧軌道無(wú)摩擦，物體與水平軌道BC間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2（取g=10m/s²）．如圖所示．求：
（1）物體在CD軌道上能上升的是大高度；
（2）物體第一次一經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度；
（3）物體最后停在什么位置？

Answer 1

分析 （1）對(duì)于物體從A到CD軌道上最高點(diǎn)的過(guò)程，運(yùn)用動(dòng)能定理列式可求物體在CD軌道上能上升的最大高度；
（2）從A到C，運(yùn)用動(dòng)能定理列式，可求得物體第一次一經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度．
（3）物體在BC面上滑行時(shí)所受的滑動(dòng)摩擦力始終做負(fù)功，而且滑動(dòng)摩擦力做功與總路程有關(guān)，根據(jù)動(dòng)能定理對(duì)從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到最終停止整個(gè)過(guò)程列式，求出物體在BC上滑行的總路程，可確定物體最終的位置．

解答 解：（1）設(shè)物體在CD軌道上能上升的最大高度為h．
對(duì)于物體從A到CD軌道上最高點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理得
    mgr-μmgS_BC-mgh=0
得 h=r-μS_BC=1-0.2×2=0.6（m）
（2）設(shè)物體第一次一經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度為v．由動(dòng)能定理得：
   mgr-μmgS_BC=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
可得 v=$\sqrt{2gr-2g{S}_{BC}}$=2$\sqrt{3}$m/s
（3）物體最終停在水平面上，設(shè)物體在BC上滑行的總路程為S，從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到最終停止的整個(gè)過(guò)程，由動(dòng)能定理得
  mgr-μmgS=0
則得S=$\frac{r}{μ}$=5m
則得物體最后停止的位置與B點(diǎn)相距 x=S-2S_BC=1m．
答：
（1）物體在CD軌道上能上升的最大高度是0.6m；
（2）物體第一次一經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度是2$\sqrt{3}$m/s；
（3）物體最后停在與B點(diǎn)相距1m的位置．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及力在空間的效果，運(yùn)用動(dòng)能定理求解比較簡(jiǎn)便，關(guān)鍵要抓住滑動(dòng)摩擦力做功與總過(guò)程有關(guān)，由動(dòng)能定理可求得總路程．